大气污染是城市化过程中影响公众健康的主要环境危险因素之一,大气颗粒物(Particulate Matter,PM)已成为对人体健康、环境与气候产生重要影响的一种大气污染物。世界卫生组织(WHO)统计每年约有80万人死于因PM诱发的疾病。目前,对于PM的致毒机制仍不清楚,不仅仅是因为PM本身涉及成分变量较复杂,另外一方面也是因为现采用的大多数生物受体较为复杂,无法从某一细胞水平研究大气颗粒物的致毒机理。　　本论文第一部分试图从单一颗粒的变量上分析颗粒粒径对细胞的毒性效应及其致毒机理。本研究选择成分单一、惰性的超细无定形SiOz颗粒作为模式颗粒,S.pombe作为暴露受体,研究不同粒径的SiO2颗粒对细胞的毒性作用。同时定性分析粒径效应是否可诱导产生ROS对生物造成氧化损伤,还是其他物理水平的损伤。第二部分则选择成分单一的纳米级碳黑颗粒,通过相同实验方法,对比其与纳米级SiO2的致毒响应的差异,以判断颗粒主体核的差异是否会对其致毒方式造成影响,以期充分研究PM2.5物理性质可能造成的毒性影响。第三部分则采用北京城区夏季大流量采样期间的PM2.5样品,整体评价PM2.5对细胞的毒性效应,进而判断主要的损伤机制及决定PM2.5毒性的主要环境因子。同时,利用S.pombe的缺失氧化应激调控基因的突变体,判断S.pombe可能氧化应激的途径。此外,结合第三、四章的研究结论,初步判断了北京地区夏季PM2.5颗粒中对生物潜在威胁最大的成分组成和浓度。　　主要研究结果为:　　(1)颗粒粒径在生物生长环境中,粒径会发生一定程度上的增大,在物理上具有影响的粒径与具有生物影响的粒径,具有一定差距;粒径小于等于30nm的SiO2颗粒对细胞的生长存在剂量效应,即浓度越高,对细胞生长抑制率越高。超细SiO2(如10nm)对细胞的致毒机制主要是通过超细SiO2颗粒可吸附在细胞表面,改变细胞细胞壁或者细胞隔膜的通透能力,甚至于破坏细胞外壁,进而导致细胞受损;而粒径大的SiO2颗粒,如400nm,主要通过包裹方式等覆盖于细胞外壁,并不能对细胞造成损害。SiO2并不能通过氧化损伤对细胞造成损害,如DNA损伤,因此S.pombe不会对PM2.5压力做出氧化应激响应。　　(2)超细碳黑颗粒在生物生长环境中,粒径也会发生一定程度的增大,但是增大幅度不如SiO2颗粒明显。粒径80nm的碳黑颗粒也会对细胞的生长存在剂量效应,浓度越高,对细胞生长抑制作用也就越强。同时,碳黑颗粒不会通过氧化损伤对细胞造成显著损害,而也是通过破坏细胞外壁,对细胞的生长造成影响。　　(3)PM2.5对生物细胞的毒性效应随气候条件的差异而不同;其中,受降雨因素影响相对较大,降雨量越多,PM2.5的毒性危害则越小。PM2.对细胞的生长存在剂量响应,浓度越高,增殖抑制率也越高。PM2.5对细胞的致毒机制主要是通过氧化损伤造成,如DNA损伤。在PM2.5暴露环境下,细胞胞内的ROS水平相对较高。在S.pombe细胞对PM2.5的压力响应中,会涉及两种主要的氧化应激调控机制,即Stylp-Alflp MAP激酶途径和Emkhlp-Peklp-Spmlp MAP激酶路径,基因spcl、pmkl、atfl和wisl参与该氧化应激调控,但是spcl和atfl起主导作用。　　本论文第一次系统阐述了北京城区PM2.5的生物致毒机制,同时也是第一次真正意义上评价了PM2.5的生态毒性。同时,建立了一套以模式生物研究大气颗粒物的实验体系,为将来实验室研究大气颗粒物对微生物的毒性研究奠定了基础。